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Muskeln mit Gedanken steuern, Hilfe für Patienten mit schweren Behinderungen

bearbeitet von unserem(r) Redakteur(in) Roland Bruzek

03.11.15




aus: Informationsdienst Wissenschaft - idw - Pressemitteilung
Deutsche Gesellschaft für Neurologie, Frank A. Miltner, 03.09.2015

Wenn ein Gedanke genügt: Gehirn steuert Maschine

3. September 2015 – Allein mit Gedankenkraft den Cursor am PC steuern,
Armprothesen bewegen oder auf einer mentalen Schreibmaschine tippen –
Brain-Computer Interfaces (BCIs) könnten künftig schwerstgelähmten
Menschen zu mehr Autonomie verhelfen. „Was nach Science-Fiction klingt,
ist ein vielversprechender Forschungsbereich der Neuromedizin. Hier sind
in naher Zukunft wichtige Innovationen für Patienten mit
Querschnittslähmung, Schlaganfall oder Locked-in-Syndrom zu erwarten“,
erklärt der Neurologe Professor Gabriel Curio, Leiter der Arbeitsgruppe
Neurophysik der Klinik für Neurologie an der Charité Berlin.

BCIs „lesen“ die elektrische Hirnaktivität der Patienten, die schon beim
reinen Gedanken an eine Bewegung entsteht, und übersetzen sie in
technische Steuersignale für Geräte und Maschinen. „Die innovative Technik
ermöglicht uns neue Erkenntnisse über die Funktion des Gehirns und neue
Therapieansätze, die den Patienten ein Stück Lebensqualität zurückgeben“,
so Professor Ralf Gold, erster Vorsitzender der Deutschen Gesellschaft für
Neurologie. Noch ist die Anwendung der BCIs allerdings auf kontrollierte
Studien beschränkt – und sie werfen neue ethische Fragen auf.

Gehirnaktivität wie auf einer Landkarte erfassen

Die Hirnrinde eines Menschen enthält Milliarden elektrisch aktiver
Nervenzellen, deren Signale bis zur Kopfhaut weitergeleitet werden. Die
Spannungsschwankungen werden von BCIs mittels Elektroden auf der Kopfhaut
als Elektroenzephalogramm (EEG) registriert. So werden Gedanken der
Patienten, die sich in elektrischen Impulsen ausdrücken – etwa die
Vorstellung, einen Arm zu bewegen –, in einen Befehl für die
Gerätesteuerung übersetzt; selbst über das Internet ist solch eine
Kommunikation möglich. „Wir können die Gehirnaktivität wie auf einer
Landkarte umso genauer erfassen, je mehr Elektroden wir auf der Kopfhaut
anbringen“, erklärt Curio, der die Technik im interdisziplinären
Forschungsprojekt „Berlin Brain-Computer Interface (BBCI)“ gemeinsam mit
Professor Klaus-Robert Müller (Fachgebiet Maschinelles Lernen) und
Professor Benjamin Blankertz (Fachgebiet Neurotechnologie) von der TU
Berlin entwickelt.

Um allein mit Gedanken eine Maschine steuern zu können, steht am Anfang
eine Trainingsphase, allerdings nicht für den Patienten: „Der Computer
lernt, nicht der Mensch“, sagt Curio. Eine Person muss sich dabei auf
Kommando bestimmte Dinge vorstellen, zum Beispiel die linke oder die
rechte Hand zu bewegen. Der Lernalgorithmus des Computers bekommt dabei
die Zeitpunkte der Kommandos für die linke und die rechte Handbewegung
mitgeteilt. Schon nach 60 bis 80 Durchläufen kann er jene Gehirnsignale
erkennen, die für bestimmte Tätigkeiten typisch sind.

Roboterarme und virtuelle Schreibmaschinen – Hoffnung für schwerstgelähmte
Patienten

Brain-Computer Interfaces bieten vielfältige Anwendungsmöglichkeiten und
große Hoffnungen für schwerstgelähmte Patienten. Etwa für Menschen mit
Locked-in-Syndrom – einer neurologischen Erkrankung, die als Folge eines
Hirnstamminfarktes, Amyotropher Lateralsklerose oder Unfällen dazu führt,
dass die Patienten bei vollem Bewusstsein vollständig gelähmt sind und
lediglich die Augenlider bewegen können. Unvorstellbar, was es für die
Lebensqualität solcher Patienten bedeutet, wenn sie zum Beispiel eine
virtuelle Schreibmaschine allein mit ihren Gedanken steuern können. „Sie
melden sich so kommunikativ wieder in der Welt zurück“, sagt Curio.

BCIs sind aber auch für Neuroprothesen einsetzbar, etwa um einen
Roboterarm mittels Gedankenkraft zu steuern. „Mit einem Exoskelett, das
voller Elektronik steckt und einem Raumanzug ähnelt, könnten Gelähmte es
sogar schaffen, sich wieder auf zwei Beinen fortzubewegen“, erklärt Curio.
Bei der Fußball-WM 2014 in Brasilien führte ein Querschnittsgelähmter im
Exoskelett symbolisch den Anstoß aus. Auch in der Neurorehabilitation von
Schlaganfallpatienten spielen BCIs eine Rolle. Durch Ableitung der
motorischen Gehirnsignale und Neurofeedback lässt sich aufdecken, welche
Signale für die Bewegungssteuerung zuständig sind. Patienten könnten so
nach und nach lernen, ihr Gehirn „umzuprogrammieren“.

Elektroden auf der Kopfhaut oder als Gehirnimplantat

So vielversprechend die Entwicklung auch ist: „BCI-Systeme gibt es nicht
auf Krankenschein, sie werden derzeit nur im Rahmen kontrollierter Studien
getestet. Es wird noch etliche Jahre dauern, bis wir ein System haben, das
die Patienten im Alltag verwenden können“, prognostiziert Curio. Zum
Beispiel sind die Elektroden auf der Kopfhaut, für deren Leitfähigkeit
größere Mengen Gel notwendig sind, bisher alles andere als
alltagstauglich. Geforscht wird daher an Elektroden, die nur mit
Metallplättchen arbeiten, oder an nahezu unsichtbaren Miniaturelektroden,
die mit einem winzigen Tropfen Gel über Adhäsion an der Kopfhaut haften.
Neben diesen risikofreien nichtinvasiven Elektroden arbeiten
Wissenschaftler auch mit invasiven Elektroden, die sie unter der
Schädeldecke auf der Hirnhaut oder direkt in der Hirnrinde anbringen. Der
Vorteil der implantierten Elektroden ist, dass sich zum Beispiel
Armprothesen viel präziser steuern lassen. „Dafür muss allerdings operiert
werden, was – wie jeder Eingriff – Risiken mit sich bringt“, betont Curio.

Mehr Sicherheit im Job dank Mensch-Computer-Schnittstellen?

BCIs eignen sich auch für Gesunde. „Allerdings nur in der nichtinvasiven
Variante“, so Curio. Die Neuroergonomie untersucht zum Beispiel die
Gehirnaktivität an sicherheitskritischen Arbeitsplätzen, die besonders
hohe Konzentration erfordern. In einer Studie zeichneten Forscher
Gehirnsignale von Personen auf, die an einer simulierten Gepäckkontrolle
wie am Flughafen arbeiteten. „Wir konnten anhand der Gehirnsignale
erkennen, wann sie müde wurden und Fehler machten“, sagt Curio. Einige
Unternehmen haben die Nutzung der EEG-Daten bereits für sich entdeckt:
Sogenannte EEG-Stirnbänder sollen es ermöglichen, sich durch Rückmeldung
des eigenen Hirnstrommusters, ähnlich dem klassischen Neurofeedback,
besser zu konzentrieren. Die Hersteller können sich langfristig auch den
Einsatz der Technik bei PC-Spielen oder als Fernbedienung vorstellen. „Mit
der medizinischen Forschung hat diese spielerische Anwendung zwar nichts
zu tun“, sagt Curio. Trotzdem: „Die Erweiterung der BCIs auf diesen
Massenmarkt würde den medizinischen Anwendungen helfen, weil die Preise
fallen.“

Menschen, Medizin, Machbarkeit – dürfen wir alles, was wir können?

Zwar sind Gehirn-Computer-Schnittstellen ein vielversprechendes und
hochinnovatives Forschungsfeld, das neue Erkenntnisse über die Funktion
des Gehirns ebenso ermöglicht wie die Entwicklung neuer Therapien. Doch
zur Anwendung im Alltag sind noch einige technische und auch ethische
Herausforderungen zu meistern – von den erforderlichen Humanexperimenten
und einer Nutzen-Risiko-Analyse der Intervention ins menschliche Gehirn
bis hin zu neuen ethischen Fragen der technischen Manipulation des
Menschen. „Bisher war die Grenze zwischen Mensch und Technik scheinbar
klar zu ziehen. Aber wie gehen wir damit um, wenn menschliche
Entscheidungsfindung und Technik ineinandergreifen und diese Grenze
zunehmend verschwimmt?“, gibt Curio zu bedenken.

• Haufe S, Kim J, Kim I, Sonnleitner A, Schrauf M, Curio G, Blankertz B,
Electrophysiology-based detection of emergency braking intention in real-
world driving. J Neural Eng, 11(5): 056011, 2014
• Blankertz B, Tangermann M, Vidaurre C, Fazli S, Sannelli C, Haufe S,
Maeder C, Ramsey LE, Sturm I, Curio G, Müller KR, The Berlin Brain-
Computer Interface: Non-Medical Uses of BCI Technology. Front
Neuroscience, 4: 198, 2010
• Nikulin VV, Kegeles J, Curio G, Miniaturized electroencephalographic
scalp electrode for optimal wearing comfort. Clin Neurophysiol,
121:1007-1014, 2010
• Conradi J, Blankertz B, Tangermann M, Kunzmann V, Curio G, Brain-
Computer Interfacing in Tetraplegic Patients with High Spinal Cord Injury.
Int J Bioelectromagnetism, 11(2): 65-68, 2009
• Blankertz B, Dornhege G, Krauledat M, Müller KR, Curio G, The non-
invasive Berlin Brain-Computer Interface: Fast Acquisition of Effective
Performance in Untrained Subjects. Neuroimage, 37(2): 539-550, 2007

Fachlicher Kontakt bei Rückfragen

Prof. Dr. Gabriel Curio
Klinik für Neurologie mit Experimenteller Neurologie Charité Berlin
Tel.: +49 (0) 30 8445-2276
E-Mail: gabriel.curio@charite.de

Pressestelle der Deutschen Gesellschaft für Neurologie
Sandra Wilcken
c/o albertZWEI media GmbH
Englmannstr. 2
81673 München
E-Mail: presse@dgn.org
Tel: +49 (0) 89 46148622
Pressesprecher: Prof. Dr. med. Hans-Christoph Diener, Essen

Einladung für die Medien:
Menschen, Medizin, Machbarkeit – Forschung am Gehirn 2.0
Öffentliche Diskussionsveranstaltung zur Zukunft der Neuromedizin am 22.9.
in Düsseldorf

Brain-Computer Interfaces und andere bemerkenswerten Fortschritte der
modernen Neuromedizin sind am 22. September 2015 von 19 bis 21 Uhr Thema
der öffentlichen Veranstaltung „Menschen, Medizin, Machbarkeit – Forschung
am Gehirn 2.0“  im Max-Haus Düsseldorf. Führende Neurologen und
Neurowissenschaftler aus Düsseldorf, Bochum, Bonn, Köln und Berlin,
darunter auch Professor Gabriel Curio, werden die Möglichkeiten und
Grenzen sowie ethische Fragen mit dem Publikum diskutieren. Die
Veranstaltung richtet sich an interessierte Laien und neugierige
Professionals. Der Eintritt ist frei, eine Voranmeldung ist nicht
notwendig. Die Zahl der Plätze ist allerdings begrenzt.
Platzreservierungen sind möglich per E-Mail an presse@dgn.org. Die
Veranstaltung bildet den Auftakt zum 88. DGN-Kongress, der mit rund 6.000
Experten für Gehirn und Nerven vom 23. bis 26. September in Düsseldorf
stattfindet. Weitere Informationen:

Mensch im Blick – Gehirn im Fokus
88. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Neurologie vom 23. bis 26.
September in Düsseldorf
Rund 6000 Experten für Gehirn und Nerven tagen im September in Düsseldorf.
Von Demenz bis Epilepsie, von Schlaganfall bis Multiple Sklerose – der
DGN-Kongress ist das zentrale Wissenschafts-, Fortbildungs- und
Diskussionsforum der neurologischen Medizin in Deutschland. Journalisten
bietet er Gelegenheit zur Recherche sowie für persönliche Gespräche mit
den führenden Köpfen der deutschen und internationalen Neuromedizin. Die
DGN bietet ein gut ausgestattetes Pressezentrum. Die Pressekonferenzen
finden statt am Mittwoch, 23. September, 10:00 bis 11:00 Uhr, sowie
Freitag, 25. September, 11:30 bis 12:30 Uhr (terminliche Änderungen
vorbehalten). Akkreditierung und weitere Informationen:
www.dgnkongress.org/presse

Die Deutsche Gesellschaft für Neurologie e.V. (DGN)
sieht sich als neurologische Fachgesellschaft in der gesellschaftlichen
Verantwortung, mit ihren rund 8000 Mitgliedern die neurologische
Krankenversorgung in Deutschland zu sichern. Dafür fördert die DGN
Wissenschaft und Forschung sowie Lehre, Fort- und Weiterbildung in der
Neurologie. Sie beteiligt sich an der gesundheitspolitischen Diskussion.
Die DGN wurde im Jahr 1907 in Dresden gegründet. Sitz der Geschäftsstelle
ist die Bundeshauptstadt Berlin.

1. Vorsitzender: Prof. Dr. Ralf Gold
2. Vorsitzender: Prof. Dr. Martin Grond
3. Vorsitzender: Prof. Dr. Gereon R. Fink
Geschäftsführer: Dr. rer. nat. Thomas Thiekötter

Geschäftsstelle: Reinhardtstr. 27 C, 10117 Berlin, Tel.: +49 (0) 30
531437930, E-Mail:

Weitere Informationen finden Sie unter

http://www.dgn.org/presse/pressemitteilungen/3098-wenn-ein-gedanke-genuegt-gehirn-steuert-maschine

Quelle: Presemitteilung

http://idw-online.de/de/news636931


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